Электропривод и электрооборудование технологических объектов нефтег

Для того чтобы исключить вредное действие воды, солей и механических примесей на оборудование нефтеперерабатывающих заводов, а также улучшить условия работы сооружений и установок транспорта и хранения нефти, нефть перед выдачей с промыслов подвергается обезвоживанию и обессоливанию.

На промышленных установках нефтяных промыслов используются термохимический, термический и электрический методы обезвоживания и обессоливания, их комбинации, а также холодный отстой с применением химических реагентов.

Сущность термохимического метода заключается в том, что

вобводнённую нефть вводится деэмульгатор, который хорошо перемешивается с обводнённой нефтью. Далее обводнённая нефть с деэмульгатором поступает в подогреватель. Обводнённая нефть, подвергнутая воздействию деэмульгатора и нагреву, отстаивается

врезервуарах, где вода отделяется от нефти и удаляется.

При термическом методе обезвоживания и обессоливания водонефтяная эмульсия нагревается в сепараторах-подогревателях. Это приводит к ослаблению защитных оболочек, состоящих из асфальтово-смолистых и парафиновых веществ, снижению вязкости эмульсии, интенсификации движения частиц воды в нефти.

Принцип электрического воздействия на нефтяную эмульсию заключается в том, что под действием переменного электрического поля частицы воды, находящиеся в нефти, становятся электрическими диполями. В результате этого происходит взаимное притяжение смежных частиц воды, образующих цепочки между электродами, причём каждые две смежные частицы в этой цепочке обращены друг к другу сторонами, несущими противоположные заряды. Изменение во времени направления напряжённости электрического поля с частотой 50 Гц приводит к изменению положения частиц воды, в результате чего прочность защитных оболочек уменьшается, они разрываются и вода выходит из них. Освобождённая от оболочек вода оседает вниз, соединяясь по пути с другими частицами, ускоряя процесс оседания частиц.

171

воздействию несколькими методами.

Для отделения воды от нефти применяется также холодный отстой водонефтяной эмульсии в резервуарах. Для интенсификации этого процесса предварительно на забой или устье скважины дозировочным насосом подаётся высокоэффективный деамульгатор. Для подачи деамульгатора используются поршневые насосы, приводимые в работу асинхронными двигателями с беличьей клеткой ротора мощностью 0,27−3 кВт напряжением 380 В.

5.7. Электрические установки для тепловой обработки призабойной зоны и депарафинизации скважин

Для снижения фильтрационного сопротивления призабойной зоны нефтяных скважин применяется её прогрев глубинными электронагревателями, которые могут работать периодически или непрерывно.

Периодическая тепловая обработка призабойной зоны скважины осуществляется в течение 2−5 суток при помощи нагревателя мощностью 10,5 или 21 кВт. Нагреватель опускается в скважину на кабеле-канате в интервал продуктивного пласта. Перед опусканием нагревателя из скважины извлекается установленное в ней оборудование. Кабель-канат имеет три основные жилы сечением до 4 мм2 и три сигнальные жилы сечением до 0,56 мм2. На устье скважины кабель-канат подключается к станции управления и трансформатору. После окончания прогрева электронагреватель поднимается на поверхность, в скважину устанавливается эксплуатационное оборудование и возобновляется откачка продукции скважины.

Для осуществления непрерывного прогрева призабойной зоны электронагреватели монтируются вместе с насосным оборудованием скважин. Прогрев пласта может производиться непрерывно или по заданной программе с периодическими подключениями нагревателя и его отключениями.

172

Для борьбы с отложениями парафина и смол при эксплуатации скважин штанговыми скважинными насосными установками предлагается использовать постоянные магниты из редкоземельных металлов [19]. Магниты закрепляются на штангах участками, отстоящими друг от друга на определённом расстоянии. При воз- вратно-поступательном движении штанг, следовательно и магнитов, в насосно-компрессорных трубах наводятся вихревые токи, обусловливающие нагрев труб. Часть тепла от насосно-комп- рессорных труб передаётся проходящей по трубам жидкости, в результате чего температура жидкости повышается до значений, при которых исключается процесс отложения парафина и смол на трубах и штангах.

5.8. Защита подземных сооружений от электрокоррозии блуждающими токами

Основной причиной электрокоррозии металлических сооружений, соприкасающихся с землёй, в частности трубопроводов, являются блуждающие токи.

Блуждающие токи − это токи в земле, ответвляющиеся от рельсов электрифицированных железных дорог, работающих на постоянном токе.

Блуждающие токи, встречая на своём пути металлические сооружения, например газовые трубопроводы, проходят по ним и возвращаются по земле к источнику постоянного тока. Одна часть газопровода, из которого постоянный электрический ток выходит в землю по направлению к рельсам, является анодом. Другая часть газопровода, в которую входит блуждающий ток, представляет собой катод. При прохождении тока во влажной земле происходит электролиз и на аноде выделяется кислород, который окисляет и разъедает металл. Блуждающий ток величиной в 1 А, текущий по металлическим трубам газопровода, разлагает на анодных зонах в течение года 9 кг железа [20]. Отметим, на некоторых сооружениях блуждающие токи достигают величины 40 А.

173

Металлические трубы газопроводов, расположенные вблизи электрифицированных путей, защищаются от коррозии, вызванной блуждающими токами. Для этого используются противокоррозионные покрытия, внешние оболочки в виде неметаллических труб, блоки, каналы, туннели. Широкое применение получила электрическая защита с использованием поляризации газопроводов относительно земли.

5.9. Освещение буровых установок

Осветительные сети буровых установок рассчитаны на напряжение 220 В. Напряжение такой величины на буровых установках получают от понижающего трансформатора 6000/380−220 В, вторичная обмотка которого соединяется по схеме «звезда» с выведенной нейтральной точкой. В ряде случаев цепи освещения буровой установки питаются от осветительной сети промысла.

Осветительная сеть присоединяется к вторичной обмотке понижающего трансформатора через автоматический выключатель и магнитный пускатель. Кнопка управления магнитным пускателем устанавливается в месте, к которому имеется свободный доступ для производства быстрого отключения освещения при выбросах нефти и газа.

Лампы аварийного освещения для продолжения работы на буровых питаются от второго независимого источника электрической энергии, в качестве которого применяются электрические генераторы, приводимые во вращение дизельным двигателем. Работа переносных светильников, которые необходимы при производстве ремонтных работ на буровом оборудовании, осуществляется от понижающего трансформатора напряжением 220/12 В.

Буровые вышки высотой 41 м освещаются с помощью четырёх светильников с лампами мощностью 200 Вт. Один из светильников устанавливается у основания, а три других распределяются по высоте вышки на расстоянии 5 м друг от друга. Для удобства смены ламп светильники устанавливаются у площадок.

174

Для освещения полатей и кронблока используются дополнительные светильники. Жёлобная система освещается светильниками, которые устанавливаются по всей длине жёлоба.

Глава 6. Основные правила эксплуатации

и безопасного обслуживания электрических установок

6.1. Условия поражения человека электрическим током

Электрический ток, проходя через тело человека, может вызвать тяжёлые травмы, а в ряде случаев и смерть. Степень поражения человека электрическим током определяется силой тока, направлением прохождения тока через тело человека, длительностью прохождения тока, частотой тока. Считается, что прохождение через тело человека тока силой 0,1 А может привести к смертельному исходу. Наиболее опасные поражения человека возникают при прохождении тока через его сердце и мозг. Электрический ток частотой 50 Гц по степени воздействия на организм человека является наиболее опасным.

Сила электрического тока, проходящего через тело человека, определяется величиной напряжения, приложенного к телу человека, и величиной сопротивления тела человека. Величина сопротивления тела человека зависит от состояния поверхности кожи в месте соприкосновения, общего состояния организма человека и изменяется от десятков сотен до нескольких десятков тысяч ом.

Условия безопасности при работе в электротехнических установках зависят от ряда факторов: сухие или сырые помещения, температура в помещениях, наличие или отсутствие металлических конструкций, растворов кислот и щелочей и др. По состоянию окружающей среды в отношении опасности поражения людей электрическим током производственные и бытовые помещения делятся на три категории: без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные. Значение безопасно-

175

го напряжения в значительной степени определяется категорией окружающей среды.

Условия производства работ в действующих электроустановках, необходимые организационные и технические мероприятия для обеспечения безопасности строго регламентированы «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей», «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», «Правилами безопасности в нефтегазодобывающей промышленности», должностными инструкциями.

К организационным мероприятиям, обеспечивающим безопасность производства работ, относятся: оформление работ нарядом, допуск к работам в электроустановке, надзор во время работ и оформление окончания работ.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность производства работ, включают в себя: отключение напряжения, установка ограждений и вывешивание плакатов, проверка отсутствия напряжения, установка переносного защитного заземления, а при наличии у разъединителей заземляющих ножей – их включение.

Электротехнический персонал для предохранения от поражения электрическим током снабжается защитными средствами. К защитным средствам относятся: переносные указатели напряжения, токоизмерительные клещи, переносные временные защитные заземления, переносные ограждения, плакаты. В число защитных средств также входят диэлектрические перчатки, рукавицы, боты, галоши, изоляционные подставки, резиновые коврики, штанги, клещи, инструмент с изолированными рукоятками. Защитные средства проходят периодические испытания. Сроки проведения испытаний защитных средств регламентируются «Правилами устройства электроустановок» [18].

6.2. Защитное заземление и зануление

Защитное заземление и зануление предназначены для того, чтобы снизить до безопасного значения величину тока, проходящего через тело человека, есличеловекокажется поднапряжением.

176

Электрические сети нефтепромыслов включают в себя понижающие и повышающие трёхфазные трансформаторы, а также воздушные и кабельные линии различного напряжения.

При соединении обмоток фаз трансформаторов по схеме «звезда» точку, в которой соединяются концы обмоток фаз, принято называть нейтральной точкой или просто нейтралью трансформатора.

Воздушные и кабельные линии в зависимости от величины напряжения трансформатора, к которому они подключены, выполняются с использованием трёх или четырёх проводов.

В первом варианте три линейных провода подключаются к началам трёх фаз обмоток трансформаторов. Нейтральная точка трансформатора при этом располагается внутри трансформатора и изолируется. Электрическая связь нейтрали трансформатора с землёй отсутствует, т.е. нейтральтрансформатора изолирована отземли.

Четырёхпроводная линия, помимо трёхлинейных проводов, которые подключаются к началам обмоток фаз трансформатора, содержит четвёртый провод, который подключается к нейтральной точке трансформатора и называется нейтральным (нулевым) проводом. Для удобства подключения нейтрального провода к нейтрали трансформатора нейтральная точка трансформатора выводится на крышку бака через проходной изолятор. Нейтраль трансформатора и присоединённый к ней нейтральный провод в данном случае непосредственно соединяются с землёй или, как принято говорить, глухо заземляются.

Электрические сети нефтепромыслов напряжением 6, 10, 20, 35 кВ работают с изолированной нейтралью. Электрические сети напряжением 110 кВ и 0,4/0,23 кВ относятся к сетям с глухо заземлённой нейтральной точкой. Напряжения 6 и 10 кВ необходимы для работы асинхронных и синхронных двигателей большой мощности (400 кВт и выше). На напряжении 0,4 кВ осуществляется работа асинхронных электродвигателей мощностью до 315 кВт, а также работа сварочных и преобразовательных агрегатов. Напряжение 0,23 кВ используется для осуществления работы осветительных и нагревательных приборов, инструмента с электрическим приводом, устройств автоматики и контроля и т.п.

177

Рассмотрим причину возникновения и способ устранения опасности для человека в трёхпроводных электрических системах с изолированной нейтральной точкой. На рис. 73 изображён производственный механизм, двигатель, электрическая сеть и ёмкости CА,CВ,CС между отдельными проводами и землёй.

Рис. 73. Иллюстрация возникновения опасности для человека при пробое изоляции обмотки двигателя: 1 – производственный механизм; 2 – двигатель; 3 – электрическая сеть

Внормальных условиях работы провод, из которого выполнена трёхфазная обмотка двигателя, надёжно изолирован с помощью изоляции от металлического корпуса двигателя и соприкосновение человека с производственным механизмом не представляет никакой опасности.

Вслучае пробоя изоляции провод обмотки соединяется непо-

средственно с корпусом механизма и человек, коснувшись механизма, оказывается соединённым с одним из проводов электрической сети (на рис. 73 провод фазы С). Одновременно человек через ёмкости CB , CА , пол, землю, пол, ноги соединяется с другими про-

водами (см. рис. 73). В результате человек оказывается под напряжением, которое является причиной прохождения по телу человека электрического тока. От величины тока в теле человека будет зависеть его воздействие на организм человека.

178

Для устранения опасности поражения человека электрическим током производственный механизм надёжно соединяется с землёй, т.е. заземляется (рис. 74).

Рис. 74. Применение защитного заземления для устранения опасности поражения человека электрическим током

Заземлитель в простейшем случае представляет собой стальной лист, уложенный в землю и имеющий с землёй хороший контакт. Соединение заземлителя с производственным механизмом осуществляется с помощью заземляющего проводника. В рассматриваемом случае тело человека и заземлитель с заземляющим проводником оказываются включёнными параллельно. Поскольку общее сопротивление заземлителя и заземляющего проводника во много раз меньше сопротивления тела человека, то при нарушении изоляции провода обмотки двигателя через тело человека будет проходить ток, величина которого является безопасной для здоровья человека.

В четырёхпроводной системе трёхфазного тока нейтральная точка трансформатора, следовательно, и подключённый к ней нулевой провод надёжно заземляются, а корпуса электрооборудования присоединяются к нулевому проводу, т.е. производится их зануле-

179

ние. Пробой изоляции провода на корпус электрооборудования в этом случае приводит к короткому замыканию, протеканию значительных по величине токов короткого замыкания, срабатыванию защиты и отключению поврежденного электрооборудования.

Заземляющее устройство блочной кустовой насосной станции изображено на рис. 75. Заземляющее устройство состоит из труб, забитых в землю, стальной полосы, соединяющей трубы между собой и с контуром заземления. Контур заземления выполняется из стальных полос сечением не менее 48 мм2. Полосы прокладываются по стенам или в кабельных каналах. Соединения труб, контура заземления и стальной полосы выполняются посредством сварки. К заземляющему контуру с помощью заземляющих проводников сечением не менее 24 мм2 присоединяются металлические части электрооборудования, например корпуса электрических двигателей.

Рис. 75. Заземляющее устройство насосной станции: 1 – труба; 2 – стальная полоса; 3 – контур заземления

Всоответствии с «Правилами устройства электроустановок»

[18]заземлению (занулению) подлежат:

−корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников;

−приводы электрических аппаратов;

180